1、1基于单片机的电子时钟设计摘 要20 世纪末，电子技术获得了飞速的发展，在其推动下，现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域，有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高，同时也使现代电子产品性能进一步提高，产品更新换代的节奏也越来越快。现代生活的人们越来越重视起了时间观念，可以说是时间和金钱划上了等号。对于那些对时间把握非常严格和准确的人或事来说，时间的不准确会带来非常大的麻烦，所以以数码管为显示器的时钟比指针式的时钟表现出了很大的优势。数码管显示的时间简单明了而且读数快、时间准确显示到秒。而机械式的依赖于晶体震荡器，可能会导致误差。数字钟是采用数字电路实现对“时” 、 “分” 、 “秒”
2、数字显示的计时装置。数字钟的精度、稳定度远远超过老式机械钟。在这次设计中，我们采用 LED 数码管显示时、分、秒，以24小时计时方式，根据数码管动态显示原理来进行显示，用 12MHz 的晶振产生振荡脉冲，定时器计数。在此次设计中，电路具有显示时间的其本功能，还可以实现对时间的调整。数字钟是其小巧，价格低廉，走时精度高，使用方便，功能多，便于集成化而受广大消费的喜爱，因此得到了广泛的使用。关键字：数字电子钟 单片机2目 录第一章 绪论 1.1 数字电子钟的背景 41.2 数字电子钟的意义 41.3 数字电子钟的应用 4第二章 整体设计方案2.1 单片机的选择 62.2 单片机的基本结构 8第三章
3、 数字钟的硬件设计3.1 最小系统设计 123.2 LED 显示电路 15第四章 数字钟的软件设计4.1 系统软件设计流程图 184.2 数字电子钟的原理图 214.3 主程序 224.4 时钟设置子程序 214.5 定时器中断子程序 214.6 LED 显示子程序 224.7 按键控制子程序 243第五章 系统仿真5.1 PROTUES 软件介绍 315.2 电子钟系统 PROTUES 仿真 31第六章 调试与功能说明6.2 系统性能测试与功能说明 326.3 系统时钟误差分析 326.1 硬盘调试 326.4 软件调试问题及解决 32结束语.34参考文献35致谢.3645第一章 绪论1.1
4、 数字电子钟的背景 20 世纪末，电子技术获得了飞速的发展，在其推动下，现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域，有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高，同时也使现代电子产品性能进一步提高，产品更新换代的节奏也越来越快。 时间对人们来说总是那么宝贵，工作的忙碌性和繁杂性容易使人忘记当前的时间。忘记了要做的事情，当事情不是很重要的时候，这种遗忘无伤大雅。但是，一旦重要事情，一时的耽误可能酿成大祸。目前，单片机正朝着高性能和多品种方向发展趋势将是进一步向着 CMOS 化、低功耗、小体积、大容量、高性能、低价格和外围电路内装化等几个方面发展。下面是单片机的主要发展趋势。单片机应用的重要意义还
5、在于，它从根本上改变了传统的控制系统设计思想和设计方法。从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分功能，现在已能用单片机通过软件方法来实现了。这种软件代替硬件的控制技术也称为微控制技术，是传统控制技术的一次革命。单片机模块中最常见的是数字钟，数字钟是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置，与机械式时钟相比具有更高的准确性和直观性，且无机械装置，具有更更长的使用寿命，因此得到了广泛的使用。1.2 数字电子钟的意义数字钟是采用数字电路实现对.时,分,秒.数字显示的计时装置,广泛用于个人家庭,车站, 码头办公室等公共场所,成为人们日常生活中不可少的必需品,由于数字集成电路的发展和石英晶体振荡器的广
6、泛应用,使得数字钟的精度,远远超过老式钟表, 钟表的数字化给人们生产生活带来了极大的方便，而且大大地扩展了钟表原先的报时功能。诸如定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、自动起闭路灯、定时开关烘箱、通断动力设备、甚至各种定时电气的自动启用等，所有这些，都是以钟表数字化为基础的。因此，研究数字钟及扩大其应用，有着非常现实的意义。1.3 数字电子钟的应用 数字钟已成为人们日常生活中：必不可少的必需品，广泛用于个人家庭以及车站、码头、剧场、办公室等公共场所，给人们的生活、学习、工作、娱乐带来极大的方便。由于数字集成电路技术的发展和采用了先进的石英技术，使数字钟具有走时准确、性能稳定、
7、携带方便等优点，它还用于计时、自动报时及自动控制等各个领域。 6第二章 整体设计方案2.1 单片机的选择 单片机微型计算机是微型计算机的一个重要分支，也是颇具生命力的机种。单片机微型计算机简称单片机，特别适用于控制领域，故又称为微控制器。通常，单片机由单块集成电路芯片构成，内部包含有计算机的基本功能部件：中央处理器、存储器和 I/O 接口电路等。因此，单片机只需要和适当的软件及外部设备相结合，便可成为一个单片机控制系统。单片机经过 1、2、3、3 代的发展，正朝着多功能、高性能、低电压、低功耗、低价格、大存储容量、强 I/O 功能及较好的结构兼容性方向发展。其发展趋势不外乎以下几个方面：1、多
8、功能 单片机中尽可能地把所需要的存储器和 I/O 口都集成在一块芯片上，使得单片机可以实现更多的功能。比如 A/D、PWM、PCA（可编程计数器阵列）、WDT（监视定时器-看家狗）、高速 I/O 口及计数器的捕获/比较逻辑等。有的单片机针对某一个应用领域，集成了相关的控制设备，以减少应用系统的芯片数量。例如，有的芯片以 51 内核为核心，集成了 USB 控制器、SMART CARD 接口、MP3 解码器、CAN或者 I*I*C 总线控制器等，LED、LCD 或 VFD 显示驱动器也开始集成在 8 位单片机中。2、高效率和高性能为了提高执行速度和执行效率，单片机开始使用 RISC、流水线和 DS
9、P 的设计技术，使单片机的性能有了明显的提高，表现为：单片机的时钟频率得到提高；同样频率的单片机运行效率也有了很大的提升；由于集成度的提高，单片机的寻址能力、片内 ROM（FLASH）和RAM 的容量都突破了以往的数量和限制。由于系统资源和系统复杂程度的增加，开始使用高级语言（如 C 语言）来开发单片机的程序。使用高级语言可以降低开发 难度，缩短开发周期，增强软件的可读性和可移植性，便于改进和扩充功能。3、低电压和低功耗单片机的嵌入式应用决定了低电压和低功耗的特性十分重要。由于 CMOS 等工艺的大量采用，很多单片机可以在更低的电压下工作（1.2V 或 0.9V），功耗已经降低到 uA 级。这
10、些特性使得单片机系统可以在更小电源的支持下工作更长的时间。4、低价格单片机应用面广，使用数量大，带来的直接好处就是成本的降低。目前世界各大公司为了提高竞争力，在提高单片机性能的同时，十分注意降低其产品的价格。7下面大致介绍一下单片机的主要应用领域和特点。（1）家用电器领域用单片机控制系统取代传统的模拟和数字控制电路，使家用电器（如洗衣机、空调、冰箱、微波炉、和电视机等）功能更完善，更加智能化和易于使用。（2）办公自动化领域单片机作为嵌入式系统广泛应用于现代办公设备，如计算机的键盘、磁盘驱动、打印机、复印机、电话机和传真机等。（3）商业应用领域商业应用系统部分与家用和办公应用系统相似，但更加注重
11、设备的稳定性、可靠性和安全性。商用系统中广泛使用的电子计量仪器、收款机、条形码阅读器、安全监测系统、空气调节系统和冷冻保鲜系统等，都采用了单片机构成的专用系统。与通用计算机相比，这些系统由于比较封闭，可以更有效地防止病毒和电磁干扰等，可靠性更高。（4）工业自动化在工业控制和机电一体化控制系统中，除了采用工控计算机外，很多都是以单片机为核心的单片机和多机系统。（5）智能仪表与集成智能传感器目前在各种电气测量仪表中普遍采用了单片机应用系统来代替传统的测量系统，使得测量系统具有存储、数据处理、查询及联网等智能功能。将单片机和传感器相结合，可以构成新一代的智能传感器。它将传感器变换后的物理量作进一步的
12、变化和处理，使其成为数字信号，可以远距离传输并与计算机接口。（6）现代交通与航空航天领域通常应用于电子综合显示系统、动力监控系统、自动驾驶系统、通信系统以及运行监视系统等。这些领域对体积、功耗、稳定性和实时性的要求往往比商用系统还要高，因此采用单片机系统更加重要。8AT89C205189C2051 是由 ATMEL 公司推出的一种小型单片机。 95 年出现在中国市场。其主要特点为采用 Flash 存贮器技术，降低了制造成本，其软件、硬件与 MCS-51 完全兼容，可以很快被中国广大用户接受，其程序的电可擦写特性，使得开发与试验比较容易。89C2051 共有 20 条引脚，详见图 1.从图中可见
13、， 2051 继承了 8031 最重要引脚：P1 口共 8 脚，准双向端口。P3.0P3.6 共 7 脚，准双向端口，并且保留了全部的 P3 的第二功能，如 P3.0、P3.1 的串行通讯功能，P3.2、P3.3 的中断输入功能,P3.4、P3.5 的定时器输入功能。在引脚的驱动能力上面，89C2051 具有很强的下拉能力， P1,P3 口的下拉能力均可达到20mA.相比之下，89C51/87C51 的端口下拉能力每脚最大为 15mA。但是限定 9 脚电流之和小于 71mA.这样，引脚的平均电流只 9mA。89C2051 驱动能力的增强，使得它可以直接驱动LED 数码管。为了增加对模拟量的输入
14、功能，2051 在内部构造了一个模拟信号比较器，其输入端连到 P1.0和 P1.1 口，比较结果存入 P3.6 对应寄存器，（P3.6 在 2051 外部无引脚），原理见图 2。对于一些不大复杂的控制电路我们就可以增加少量元件来实现，例如，对温度的控制，过压的控制等。图 3 为测量示意图。其中，R 用于测量门限的调节， IN 端接输入模拟信号。2 电源89C2051 有很宽的工作电源电压，可为 2.76V,当工作在 3V 时，电流相当于 6V 工作时的1/4。89C2051 工作于 12Hz 时，动态电流为 5.5mA，空闲态为 1mA,掉电态仅为 20nA。这样小的功耗很适合于电池供电的小型
15、控制系统。3 存储器89C2051 片内含有 2k 字节的 Flash 程序存储器， 128 字节的片内 RAM,与 80C31 内部完全类似。由于 2051 内部设计全静态工作，所以允许工作的时钟为 020MHz,也就是说，允许在低速工作时，不破坏 RAM 内容。相比之下，一般 8031 对最低工作时钟限制为 3.5MHz，因为其内部的 RAM 是动态刷新的。 89C2051 不允许构造外部总线来扩充程序/ 数据存储器，所以它也不需要 ALEPSEN、RD 、WR 一类的引脚。4 内部 I/O 控制89C2051 在内部 I/O 控制上继承了 MCS51 的特性：5 路 2 级优待中断，串等
16、口，2 路定时器/计数器，内部组成参见图 4。9MCS-52 系列单片机中的 8031、8051 及 8751 均采用 40Pin 封装的双列直接 DIP 结构，右图是它们的引脚配置，40 个引脚中，正电源和地线两根，外置石英振荡器的时钟线两根，4 组 8 位共 32 个 I/O 口，中断口线与 P3 口线复用。现在我们对这些引脚的功能加以说明：10图 2-3 单片机的引脚图Pin9:RESET/Vpd复位信号复用脚，当 8052 通电，时钟电路开始工作，在 RESET 引脚上出现 24 个时钟周期以上的高电平，系统即初始复位。初始化后，程序计数器 PC 指向0000H，P0-P3 输出口全部为高电平，堆栈指针写入 07H，其它专用寄存器被清“0” 。RESET由高电平下降为低电平后，系统即从 0000H 地址开始执行程序。然而，初始复位不改变RAM（包括工作寄存器 R0-R7）的状态，8052 的初始态。8051 的复位方式可以是自动复位，也可以是手动复位，见下图 4。此外，RESET/V pd还是一复用脚，V cc掉电其间，此脚可接上备用电源，以保证单片机内部 RAM 的数据不丢失。图 2-4 上电自动和手动复位电路图图 2-5 内部和外部时钟方式图
